Что представляют собой контактолы и в чем их назначение
Перейти к содержимому

Что представляют собой контактолы и в чем их назначение

  • автор:

Контактолы

Общая характеристика: Токопроводящие клея контактол используемые в качестве токопроводящих клеев, красок, покрытий, эмалей и т.д. представляют собой маловязкие либо пастообразные полимерные композиции, в которых в качестве связующего используются различные синтетические смолы (эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиуретановые, полиэфирные), а токопроводящим наполнителем в контактоле являются мелкодисперсные порошки металлов (серебра, золота, палладия, посеребренных порошков металлов). Рабочая вязкость клея контактол регулируется введением соответствующих разбавителей циклогексанона , этилцеллозольва, ацетона, изопропилового спирта, диацетонового спирта и др.

Технические характеристики:

Wikimedia Foundation . 2010 .

Лекция 14.

Монтаж эвс с применением токопроводящих клеев – контактолов.

Электропроводящие полимерные клеевые материалы (ЭПКМ) находят все большее применение в производстве ЭВС, особенно при узловой сборке и монтаже миниатюрных электронных устройств, а также при сборке и монтаже термочувствительных полупроводниковых приборов, при получении электрических соединений в труднодоступных для сварки и пайки местах, при ремонте изделий в полевых условиях в случаях, когда недопустима деформация соединяемых деталей. Перспективность использования ЭПКМ связана с тем, что они обеспечивают: низкотемпературный режим формирования электрических контактов (ЭК), так как

температура отверждения ЭПКМ может быть выбрана в пределах 20С-100С с учетом

свойств контактируемых материалов и сопряженных с ними диэлектрических материалов

плат и различных защитных покрытий;

  • возможность контактирования в труднодоступных местах изделия;
  • отсутствие процесса растворения контактируемых металлов припоем (эффекта выщелачивания);
  • отсутствие влияния на структуру и свойства контактируемых материалов;
  • возможность организации групповой автоматизированной технологии сборки и монтажа;
  • уменьшение объема сборочных и монтажных операций и упрощение технологического оборудования, в том числе часто за счет совмещения сборочных и монтажных операций;
  • возможность варьирования свойств ЭК за счет корректировки ингредиентов композиционных ЭПКМ;
  • совместимость по температурным характеристикам контактируемых материалов в сопряженной токопроводящей системе изделия;
  • возможность исключения из ЭПКМ растворителей и летучих продуктов химических реакций при отверждении;
  • упрощение контроля качества микромонтажа и выполнения ремонтных работ;
  • возможность использования в составе ЭПКМ фотополимеров, позволяющих существенно повысить эффективность сборочно-монтажных операций и качество ЭК;
  • возможность получения пленочных ЭПКМ с анизотропными свойствами, позволяющими заметно уменьшить удельное сопротивление ЭК;
  • перспективу существенного снижения стоимости сборочно-монтажных работ и себестоимости изделия в целом.

Контактолы в виде наполненных полимеров.

  • связующее вещество;
  • отвердитель;
  • электропроводящий наполнитель;
  • различные добавки для придания композиции необходимых свойств.
  • величина удельного объемного сопротивления Vпри комнатной температуре должна быть не более 10 -3 Ом·см;
  • высокая адгезия к соединяемым поверхностям (усилие отрыва не менее 10 2 кг/см 2 );
  • вязкость должна быть такова, чтобы обеспечивать удобство применения (т.е. высокую технологичность);
  • невысокая температура и минимальное время отверждения ЭПКМ.
Марка Тип связую-щего Основные характеристики и параметры пленок
Диаметр частиц наполнит., мкм Сопротивление ЭК, Ом Усиление отрыва проводника в месте ЭК, г/см Толщи-на, мкм Шири-на, мм
В вертикаль-ном направле-нии В горизонталь-ном направлении
АС-1053 Термо- пласт 28 2-3 10 -9 700 15 2
АС-5052 Термо-пласт 28 2-3 10 -9 700 20-25 2

что позволяет: на 2-3 порядка снизить трудоемкость микромонтажа; уменьшить токи утечки в местах межсоединений; повысить помехоустойчивость ИМЭ, а также упростить контроль качества получения ЭК и повысить надежность соединений. Отработка технологии формирования ЭК с использованием отечественных ЭПКМ типа КБ-4 (АУКО.029.033 ТУ) показала важность обеспечения качества подготовки поверхностей контактируемых материалов перед монтажом и необходимость учета температурной зависимости вязкости конкретного ЭПКМ при выборе способа его нанесения, фиксации контактируемых деталей и технологии отверждения. Кроме анизотропных пленочных ЭПКМ, целесообразно применение контактолов марок: К-2 (на основе нитроклея); паст К-8, К-13, К-16, отличающихся хорошей технологичностью (в том числе с использованием трафаретной и переносной печати, а также пневмодозаторов) и низким переходным сопротивлением ЭК. Моделируя структуру наполненного ЭПКМ в виде гетерогенной системы с равномерным распределением электропроводящих частиц и пренебрегая шунтирующим сопротивлением связующего компонента, можно рассматривать основные электрические характеристики контактола. В частности, удельное объемное сопротивление плотно упакованной однородной системы С, содержащей в 1 см 2 сеченияNпроводящих цепочек поnчастиц в каждой, можно выразить через сопротивление единичного контакта : тогда cплотно упакованной системы, состоящей из проводящих частиц сферической формы с диаметромdопределится как: (1) Если выразить rkчерез сопротивление растекания, то (2) где - удельное сопротивление проводящего материала,ra– радиус контактного пятна. С учетом соотношений (1) и (2) ,ссистемы, состоящей из частиц сферической формы, можно представить в виде: (3) где Е – модуль упругости материала проводящих частиц, r– радиус частиц,pi– контактное давление частиц. Контактное давление piможно выразить через общее давление в материале (4) тогда с учетом (3) и (4) получим: (5) Следовательно сплотноупакованной системы зависит от отношения диаметров проводящих частиц и контактных пятен, а при определенном давлении в системе не зависит от размеров частиц и возрастает с увеличением твердости материала. Если контактирование происходит через прослойки с поверхностной проводимостью s, тоcописывается соотношением: (6) Из выражения (6) следует, что сопротивление системы возрастает с повышением степени дисперсности проводящего компонента. С уменьшением объемной концентрации проводящих частиц контакты между ними сохраняются до очень малых значений (из-за образования цепочной проводящей системы, когда частицы наполнителя имеют вытянутую форму), тогда относительный объем проводящего компонента Vотн(а для плотноупакованной однородной системыVотн 0,52) можно выразить как: (7) а с учетом соотношений (1), (7) и n=1/dполучим: Контактолы готовятся из отдельных компонентов непосредственно перед использованием. Образуемую смесь компонентов перетирают до образования густой однородной массы, не содержащей комков и крупинок. В полученную смесь затем вводят отвердители (если это необходимо по рецепту) и тщательно перемешивают композицию, добавляя в нее соответствующий разбавитель до получения требуемой вязкости. Сборочно-монтажная технология с применением контактолов включает следующие этапы:

  • подготовку (химическую обработку с целью очистки) соединяемых деталей. Это важнейший этап, так как малейшие загрязнения резко снижают адгезию клея и ухудшают механическую прочность формируемого соединения;
  • нанесение контактола. Для этого используется один из следующих способов: нанесение шприцем, трафаретной либо переносной печатью, пневмодозатором, переносом капли;
  • позиционирование навесных компонентов с помощью специальных приспособлений и фиксацию компонентов (при необходимости) после их установки на клеевых точках;
  • отверждение клея (контактола) в заданном режиме в инертной среде, температура отверждения Тотвнаходится в пределах 20100 о С ;
  • контроль качества сборки и монтажа навесных компонентов на платах.

Так как в полимеризованном клеевом соединении (после термообработки) мелкодисперсные частицы металла находятся в промежутках сетки полимера и образуют точечные контакты с большим, по сравнению с монолитным металлом, удельным сопротивлением, то сопротивление ЭК (получаемых с помощью контактолов первой группы) выше, чем у паянных и сварных соединений. Это является основным недостатком контактолов, наряду с потребностью преимущественного использования драгоценных металлов; ограниченной жизнеспособностью исходных клеевых композиций (временной зависимостью их вязкости), а также склонностью органических материалов к старению в большей степени, чем неорганических. Эти недостатки нельзя назвать неустранимыми, так как работы по их устранению в последнее время дают положительные результаты.

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

«ЛЭТИ» Факультет электроники Кафедра микроэлектроники Материалы и элементы электронной техники доц. Лазарева Н.П.

Основные свойства и применение тема: проводниковых материалов 13 Композиционные и оксидные проводящие материалы

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы Композиционные материалы представляют собой механическую смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Изменением состава и характера распределения компонентов можно управлять электрическими свойствами композиционных материалов. Особенностью всех композиционных материалов является частотная зависимость проводимости γ( f ), старение при длительной нагрузке и, нелинейность электрических свойств. В качестве компонентов проводящей фазы используются: металлы, графит, сажа, некоторые оксиды и карбиды. Функции связующего вещества могут выполнять органические и неорганические диэлектрики. Из многообразия композиционных проводящих материалов наиболее широко используются контактолы и керметы.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы К о н т а к т о л ы , используются в качестве токопроводящих клеев, красок, покрытий и эмалей, представляют собой маловязкие, либо пастообразные полимерные композиции. Связующими веществами в них служат органические соединения синтетические смолы – эпоксидные, формальдегидные, кремнийорганические и др., а токопроводящим наполнителем является мелкодисперсный порошок металла ( серебра, никеля, палладия, меди). Необходимая вязкость контактолов перед их нанесением на поверхности обеспечивается введением растворителей (ацетон, спирт и др.). Отверждение контактолов, как правило, происходит в процессе нагревания их до определенной температуры .

Композиционные и

оксидные проводящие материалы Композиционные материалы К о н т а к т о л ы Большую роль в формировании контактов между частицами металлов в композиции играют внутренние напряжения , возникающие при отверждении в результате усадки из-за улетучивания растворителя и полимеризации связующего вещества. По сравнению с мягкими припоями контактолы обладают более высокой прочностью, эластичностью, хорошими адгезионными и антикоррозионными свойствами. Но их объемное удельное электрическое сопротивление примерно на порядок выше, чем у припоев. Наиболее высокой проводимостью и стабильностью свойств при различных климатических воздействиях отличаются контактолы, содержащие серебро. Наиболее дешевыми являются проводящие клеи на основе графитового наполнителя.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы Композиционные материалы К о н т а к т о л ы Контактолы применяют: для создания контактов между металлами, металлами и полупроводниками, металлами и графитом или электропроводящей резиной; для создания электродов или токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках. Их используют: при монтаже гибридных интегральных микросхем, изготовлении электродов к керамическим конденсаторам, при соединении кварцевых элементов пьезодатчиков, при экранировании помещений и приборов от помех, в гибких волноводах и других изделиях электронной техники.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы Композиционные материалы К е р м е т ы К е р м е т а м и называют металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим. Они предназначены для изготовления тонкопленочных резисторов. Преимуществом керметных пленок является возможность варьирования удельного сопротивлением в широких пределах. Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Сr—SiO, тонкие пленки которой изготавливают методом термического испарения и конденсации в вакууме с последующей термообработкой для стабилизации свойств. При термообработке за счет взаимодействия компонентов происходит вытеснение оксидной прослойки между зернами с образованием фазы Cr 3 Si (силицид хрома). В результате сопротивление изоляционных прослоек между зернами заменяется сопротивлением контактирования.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы Композиционные материалы К е р м е т ы В толстопленочных микросхемах используют резисторы, получаемые на основе композиции стекла с палладием и серебром. Стекло размалывают в порошок до размера зерен 3. 5 мкм, смешивают с порошком серебра и палладия, вспомогательной органической связкой и растворителем. Получаемую пасту наносят на керамическую подложку и спекают в обычной атмосфере. Удельное сопротивление пленок зависит от процентного содержания проводящих компонентов и режима спекания.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов Большинство чистых оксидов металлов в нормальных условиях являются хорошими диэлектриками. Но при неполном окислении (при нарушении стехиометрического состава из-за образования кислородных вакансий), а также при введении некоторых примесей проводимость оксидов резко повышается. Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоев. Наибольший практический интерес представляют диоксиды олова и индия (SnO 2, In 2 O 3 ). В радиоэлектронике они используются преимущественно в виде тонких пленок.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов Пленки SnO 2 и In 2 O 3 получают различными способами: термическим вакуумным испарением и конденсацией с последующим отжигом на воздухе, окислением пленок металлического олова, осажденного на диэлектрическую подложку, реактивным катодным или ионно-плазменным распылением и др. Оксидные пленки SnO 2 отличаются высокой адгезией к керамическим или стеклянным подложкам. Прочность сцепления достигает 20 МПа, что намного больше, чем у металлических пленок. Удельное сопротивление пленок зависит от степени нарушения стехиометрического состава и может составлять 10 –8 Ом∙м. Нагрев пленок SnO 2 выше 240°С приводит к необратимому изменению сопротивления в результате более полного окисления. Вместе с тем пленки устойчивы ко многим химическим средам — разрушаются только плавиковой кислотой и кипящей щелочью.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов Тонкие слои диоксида олова обладают ценным оптическим свойством — высокой прозрачностью в видимой и инфракрасной частях спектра. Собственное поглощение пленок SnO 2 толщиной до 2 мкм в видимой части спектра не превышает 3 %. Сочетание высокой оптической прозрачности и повышенной электрической проводимости пленок SnO 2 и In 2 О 3 обусловливает их применение в качестве проводящих покрытий на внутренних стенках стеклянных баллонов электровакуумных приборов, электродов электролюминесцентных конденсаторов и жидкокристаллических индикаторов, передающих телевизионных трубок, преобразователей и усилителей изображения и др.

Контактолы

Контактолы, используемые в качестве токопроводящих клеев и покрытий, представляют собой маловязкие либо пастообразные полимерные композиции, в которых в качестве связующего используются различные синтетические смолы, а токопроводящим наполнителем являются мелкодисперсные порошки металлов и графита. Вязкость регулируется введением соответствующих растворителей.

Полимерные связующие придают электропроводящим композициям специфические свойства: низкую плотность, высокую прочность и эластичность, хорошие адгезионные и реологические свойства.

Электрические свойства контактолов определяются в основном свойствами дисперсного наполнителя (проводимостью, формой и размером частиц, концентрацией).

В настоящее время в нашей промышленности используются более двадцати типой электропроводящих клеев.

Выбор контактола в каждом конкретном случае его использования определяется не только его электрическими, физико-механическими и технологическими свойствами, но, главным образом, стабильностью свойств клеевого соединения.

Наиболее высокой проводимостью и стабильностью свойств обладают серебросодержащие контактолы К-8, К-12, К-13 и ряд других. Они рекомендуются для склеивания поверхностей серебра, меди, стекла, керамики и т.д. Область применения каждого из перечисленных контактолов определяется присущими ему свойствами.

Так контактол К-13 обладает высокой проводимостью, длительным сроком службы и низкой температурой отверждения, что позволяет использовать его для монтажа элементов, не допускающих нагрев выше 80 °С.

Контактол К-12 наряду с высокой проводимостью обладает также высокой прочностью склеивания. Клей широко используется для монтажа элементов радиоэлектронной аппаратуры, таких как ниточные резисторы, фоторезисторы и др.

Контактол К-17 наряду с высокой проводимостью и адгезионной прочностью имеет повышенный срок службы и термостойкость. Используется в производстве керамических конденсаторов, для монтажа интегральных микросхем в корпус и пр.

Контактол К-19 способен отверждаться без нагрева, обеспечивая при этом удовлетворительные электрические и адгезионные свойства, однако имеет ограниченный срок службы (6 часов).

Контактол К-29 обладает макимальной достигнутой для подобных материалов проводимостью (ρ=0,5 мкОм*м).

Контактол К-21 характеризуется максимальной термостойкостью, устойчив к длительному воздействию температуры 250°С, выдерживает кратковременные нагревы до 300-350°С.

Контактол К-22 не содержит растворителей, в результате чего вязкость в течение длительного времени меняется незначительно, что позволяет использовать его для автоматизированного монтажа элементов.

Клеи на основе палладия (КП-1, КП-2, КП-3), уступая серебросодержащим клеям по проводимости, имеют по сравнению с ними важное преимущество – обеспечивают стабильность сопротивления электрического контакта со многими материалами: металлами – серебром, платиной, золотом, медью, никелем, алюминием, полимеруглеродными композициями, диэлектриками и некоторыми полупроводниковыми материалами.

Существуют также никельсодержащие клеи серии КН, отличающиеся высокой величиной предела прочности σρ (30-50 МПа), длительным сроком службы и высокой проводимостью.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *